使用可插入封盖电阻点焊钢和铝工件制造技术

本发明专利技术涉及使用可插入封盖电阻点焊钢和铝工件。一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法包括一些步骤。一个步骤包括在铝或铝合金工件和相邻焊接电极之间插入封盖。在另一个步骤中，在焊接位置，相邻焊接电极被按压抵靠封盖，并且另一个相对的焊接电极被按压抵靠钢工件。在又一个步骤中，电流在焊接电极之间通过，穿过封盖和穿过工件以在铝或铝合金工件里产生和生长熔化焊池。

【技术实现步骤摘要】
使用可插入封盖电阻点焊钢和铝工件相关申请的交叉引用本申请要求2013年10月4日提交的申请号为61/886,866的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用结合到本文。
本公开的
总地涉及电阻点焊，并且更具体的，涉及电阻点焊钢工件和铝或铝合金工件在一起。
技术介绍
电阻点焊在许多行业中使用以将两个或更多个金属工件结合在一起。例如，汽车行业，是在车门、机罩、后备箱封盖或提升门以及其它车辆部件的制造期间，通常使用电阻点焊以将预制金属工件结合在一起。多个个体点焊点通常沿着工件的外围区域或某种其他结合区域形成以保证车辆部件结构良好。虽然点焊已经通常被执行以将特定相似组成的金属工件结合在一起，例如钢-钢和铝合金-铝合金，但是将较轻重量材料纳入到车身结构中的需求已经产生了对通过电阻点焊将钢工件结合到铝或铝合金(以下简便起见合称为“铝”)工件的兴趣。此外，使用一件设备电阻点焊包括不同工件组合(例如，铝合金/铝合金，钢/钢，以及铝合金/钢)的工件叠层的能力将增加生产灵活性并降低制造成本。通常，电阻点焊依靠电流通过接触的金属工件并穿过它们的结合界面的流动的电阻产生热量。为了实现这种电阻焊接工艺，通常一对相对的焊接电极在预定的焊点位置夹在工件的相反侧上处于对齐点上。电流随后从一个焊接电极穿过工件到另一个焊接电极。该电流流动的电阻在工件内以及它们的结合界面处产生热量。当待焊接金属工件是钢工件和铝工件时，在结合界面处产生的热量在铝工件中产生熔化焊池。该熔化铝焊池润湿钢工件的相邻表面，并且在电流流动停止时，凝固成为铝焊接熔核，其形成两个金属工件之间的焊接接头的全部或部分。电阻点焊钢工件到铝工件存在某些难题。这些金属具有趋向于破坏焊接过程的相当大的差异。举例来说，钢具有相对高的熔点和相对高的热阻和电阻，而铝具有相对低的熔点和相对低的热阻和电阻。这些差异的结果是，在电流流动期间铝比钢在低得多的温度下更快的熔化。在电流流动已经停止后铝还比钢更快的冷却。因此，在两种金属之间控制热平衡以使熔化焊池能够在铝工件中快速产生并且凝固能够成为挑战。例如，已发现，当使用标准工业实践快速冷却时，熔化铝焊池中的缺陷，例如缩孔、气孔、氧化物残渣、和微观裂纹，被朝向结合界面拖曳和在结合界面处聚集。此外，在电阻点焊期间延长加热——尤其是由于钢工件相对更高的电阻引起的钢工件中的升高的温度——有益于在结合界面处在熔化铝焊池与钢工件之间脆性Fe-Al金属间层的生长。这两个条件已经显示出降低最终形成的焊接接头的剥离强度并且减弱该焊接接头的的整体完整性。
技术实现思路
公开了一种电阻点焊包括钢工件和铝或铝合金(再次地，本公开中简便起见共同的称为“铝”)工件的工件叠层的方法。该方法包括在铝工件和面向铝工件的相邻焊接电极之间插入封盖。该封盖随后夹在铝工件和它对应的焊接电极之间，并接触以上两者。该封盖优选由具有比接触铝工件的焊接电极的电阻大的电阻的金属制成，并且优选具有比铝工件自身电阻大的电阻。具有比铝工件大的电阻的金属材料的例子包括不锈钢、钼或钼基合金、铌或铌基合金、或钨或例如钨-铜合金的钨基合金。该封盖，当被插入和使用时，在工件叠层的铝侧上，促进至少两个不同效果中的至少一种，在叠层的该侧上的焊接电极被简单带到与铝工件直接接触的相反情况下，这些效果将不会存在。第一，如果封盖具有与相邻铝侧焊接电极的焊接面不同的几何形状——尤其是如果封盖在更大表面积上接触铝工件——相比于钢工件提供的电流密度，封盖会降低在铝工件中的电流密度，这在压力下不会变形以与接触电极焊接面的形状匹配。实际上，当在电流流动期间，切成圆弧的焊接电极被按压抵靠封盖的一侧——取代被按压直接抵靠铝工件——在相对的焊接电极之间通过的电流在铝工件内具有降低密度，这是因为在封盖和铝工件之间建立的更宽的界面接触面积。并且在铝工件中相对于钢工件降低电流密度具有改变围绕在铝工件中产生的熔化焊池的温度梯度的效果，其促进从熔化铝焊池进入工件叠层的侧向热传播。第二，如果封盖由具有比相邻焊接电极更大的电阻的金属构成，作为电流流过封盖的结果，封盖将产生热量并提供该热量给铝工件，在其它情况下这是不存在的。并且当构造的金属具有比铝工件大的电阻时，封盖将加热达到相对更高的程度，因此在焊接位置引入更多热量到铝合金工件中。在电流流动期间除了在钢工件中发展的热量之外，封盖从与钢工件中发展的热量相反的方向提供额外热量到铝工件的能力具有抑制从熔化铝焊池到铝侧焊接电极的快速定向热传播的效果。与以前一样，这进而通过改变围绕在铝工件中产生的熔化焊池的温度梯度促进从熔化铝焊池进入到工件叠层的侧向热传播。通过设计封盖几何形状与焊接面几何形状相匹配或封盖足够柔韧使得在压力下它将变形以与接触电极焊接面的几何形状相匹配的情况下，封盖的主要作用是提供热量到铝工件而没有必要改变电流密度。封盖的使用改变了铝工件中的电流密度和/或提供额外热量到铝工件，并且因此促进从熔化铝焊池的侧向热传播，被认为是以在工件叠层的结合界面处并沿着工件叠层的结合界面排除缺陷的不想要的积聚的方式，改变了铝工件中形成的熔化铝焊池的凝固行为。特别是，代替朝向结合界面驱动和扫掠，相信是归功于封盖的电流密度和/或加热效应推动焊接缺陷朝着最终形成的焊接熔核的中心，在焊接熔核的中心，这些缺陷更少可能影响焊接接头的强度。此外，如果由更大电阻的金属制成，封盖也能够减少在钢工件中产生的热量，其因此抑制结合界面处脆性Fe-Al金属间层的生长。在工件之间建立的焊接接头的整体强度和完整性因此能够通过使用公开的封盖和伴随方法被提高。公开了在铝工件和焊接电极之间插入封盖，并且随后从其缩回封盖的一些方式。一种方式包括在插入位置和移除位置之间枢转的臂。其他方式能够包括导轨、槽、导管、绕轴，或这些项目的结合，以及其他项目。封盖本身能够以不同的形式提供，包括封盖板或封盖带形式。封盖板或封盖带的每一个能够构造成促进单个点焊事件或多个点焊事件。例如，封盖板可以在单个点焊事件期间使用并且随后丢弃或翻新。或者它可以适用于多用途应用，其中由于板的厚度和耐久性，多个焊接接头能够使用相同的封盖板连续形成。在这种情况下，封盖板的操作用途甚至能够通过累积的污染物的间歇清洁而延伸。类似地，封盖带可以适用于单个用途应用，其中形成单个焊接接头，并且封盖带的使用过的部分被丢弃，或者记住它可以被构造成具有相同的带部分的多用途应用。封盖按照需要被插入和缩回的能力导致点焊工艺和相关设备在制造环境中的灵活性。例如，由于其能够被插入和缩回，封盖提供电阻点焊铝到铝工件叠层、钢到钢工件叠层、和钢到铝工件叠层的能力，而不必要改变设备或做出其他会减缓制造的改变。当点焊铝到钢时封盖能够被插入和使用，并且随后当点焊钢到钢或铝到铝时被缩回和不使用，如此等等基于制造计划。这种能力扩大了生产灵活性和降低了制造成本。1、一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法，所述方法包括：提供包括钢工件和铝或铝合金工件的工件叠层，并且提供面对所述钢工件的第一焊接电极和面对所述铝或铝合金工件的第二焊接电极；在所述铝或铝合金工件和第二焊接电极之间插入封盖，所述封盖由金属制成；在焊接位置按压所述第一焊接电极抵靠所述钢工件并且按压所述第二焊接电极抵靠所述封盖；和使电流在所述第一和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法，所述方法包括：提供包括钢工件和铝或铝合金工件的工件叠层，并且提供面对所述钢工件的第一焊接电极和面对所述铝或铝合金工件的第二焊接电极；在所述铝或铝合金工件和第二焊接电极之间插入封盖，所述封盖由金属制成；在焊接位置按压所述第一焊接电极抵靠所述钢工件并且按压所述第二焊接电极抵靠所述封盖；和使电流在所述第一和第二焊接电极之间通过，穿过所述工件叠层，并且穿过所述封盖以在所述铝或铝合金工件内产生和生长熔化焊池。

【技术特征摘要】
2013.10.04 US 61/886866;2014.10.01 US 14/5035041.一种将钢工件和铝或铝合金工件电阻点焊在一起的方法，所述方法包括：提供包括钢工件和铝或铝合金工件的工件叠层，并且提供面对所述钢工件的第一焊接电极和面对所述铝或铝合金工件的第二焊接电极；在所述铝或铝合金工件和第二焊接电极之间插入封盖，所述封盖由金属制成；在焊接位置按压所述第一焊接电极抵靠所述钢工件并且按压所述第二焊接电极抵靠所述封盖；和使电流在所述第一和第二焊接电极之间通过，穿过所述工件叠层，并且穿过所述封盖以在所述铝或铝合金工件内产生和生长熔化焊池，其中，所述封盖是封盖板，其通过连接到所述第二焊接电极的焊枪臂的臂承载；以及其中，所述臂枢转连接到所述焊枪臂，并且在所述铝或铝合金工件和所述第二焊接电极之间插入封盖板包括围绕所述臂至所述焊枪臂的枢轴连接在第一位置和第二位置之间旋转所述臂，在所述第一位置中，封盖板被插在所述铝或铝合金工件与所述第二焊接电极之间，在所述第二位置中，封盖板没有被插在所述铝或铝合金工件与所述第二焊接电极之间。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第二焊接电极由具有电阻的材料构成，并且其中，所述封盖具有比所述第二焊接电极的电阻大的电阻。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述封盖由不锈钢、钼或钼基合金、铌或铌基合金、或者钨或钨基合金制成。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述封盖是封盖板，其与所述铝工件接触的表面积比在没有所述封盖板的相反情况下所述第二焊接电极与所述铝工件接触的表面积大。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述封盖板由不锈钢、钼或钼基合金、铌或铌基合金、钨或钨基合金、或铜合金制成。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述封盖板具有位于其本体中的至少一个转弯。7.如权利要求1所述的方法，还包括在多个个体焊接接头形成之后使用第二封盖板替换所述封盖板的步骤。8.如权利要求1所述的方法，其中，所述臂通过联动装置连接到所述第二焊接电极的焊枪臂。9.如权利要求1所述的方法，还包括移除聚集在所述封盖板的外表面上的污染物的步骤。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述封盖是具有厚度在0.1mm与...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·E·卡尔逊，D·杨，D·R·西格勒，R·T·齐曼斯基，A·K·萨赫德夫，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US